2026年4月22日——这是一项令人眩晕的发现。

2018年，日本研究人员宣称在量子自旋液体三氯化钌中发现了难以捉摸的马约拉纳费米子的确凿证据。马约拉纳粒子备受量子材料科学家追捧，因为当一对粒子被局域化或捕获时，它们能安全地编码信息并形成稳定的量子比特——量子计算的基本单元。

部分研究者欢呼这一发现并据此开展自己的研究，而另一些人则认为这一通过测量所谓热霍尔效应取得的突破，实际上是由材料样品缺陷造成的假象。

康奈尔大学研究团队如今介入这场争论，其4月22日发表于《自然》的研究成果表明两派观点皆误。通过测量声波而非热流的运动，该团队发现热霍尔效应是由被称为手性声子的旋转晶格振动引起的。

“这并非意味着三氯化钌就是能建造量子计算机的、含有马约拉纳费米子的神奇材料，”领导该研究的文理学院物理学副教授布拉德·拉姆肖表示，“但也不是所谓'花式尘埃'的故事——样本杂质导致热量单向偏转。这是一种前所未见的新颖本征效应。”

马约拉纳粒子的独特之处在于它们是自身的反粒子。虽然可能无法在粒子加速器中产生，但它们能从某些量子材料中电子间的复杂相互作用中涌现。三氯化钌正是这样的候选材料，其特殊性在于作为绝缘体本不应出现热霍尔效应。这种现象中，施加磁场的材料在传热时会产生热流偏转——这对绝缘体而言本应不可能。

“电子带电，在运动中会感受磁场力并辨识力的方向。但绝缘体中的热传导依赖晶格振动，晶格不响应磁场也就无法分辨左右，”拉姆肖解释道，“在三氯化钌中发现热霍尔效应令人惊讶，更惊人的是其量子化特征暗示马约拉纳费米子携载热量。”

拉姆肖指出这一主张相当大胆，但数据似乎支持该结论，量子材料学界曾为之沸腾。

“随后出现重复实验的困难，关于谁拥有更优样本的争论——所有常见质疑接踵而至，”他表示，“但最终其他人未能复现相同结果。”

另一种解释——磁性杂质导致热流偏转——同样难以证实。

“问题在于，这类实验本质上只是让热量通过样品并测量温度变化，”拉姆肖说，“我们无法观测微观层面的机制。热量单向偏转，但原因成谜。因此我们设计能揭示原理的实验方案。”

拉姆肖与论文第一作者、博士生阿维·什拉盖开发了探究热流偏转机制的方法：施加磁场并追踪声子运动。声子作为晶格振动载体，以声波形式在材料中传热——本质上类似声学版本的光子。

通过超声波测量声子在磁场中的运动轨迹，研究人员发现声子呈螺旋状前进。这种声学法拉第效应证实样品具有霍尔粘滞性（亦称引力霍尔粘滞性），该性质会扭转声子极化方向并偏转热流。

“引力类比相当贴切，”拉姆肖说，“就像大质量恒星扭曲时空的景象。霍尔粘滞性为这种曲率增添了'扭转'。宇宙中虽无此现象，但在三氯化钌这类量子材料内部却可能实现。”

正是这种霍尔粘滞性导致三氯化钌出现热霍尔效应。

“当我们朝特定方向发射声波进入晶格，它会螺旋前进且声波极化面发生旋转，”拉姆肖阐述，“声波本不与磁场直接耦合，但材料具有一种特殊性质——自旋轨道耦合——使声波能辨识方向。这正是我们的核心发现。”

拉姆肖表示，学界曾理论预测霍尔粘滞性可用于探测新奇物态，但本次研究首次实现实验验证。

“该技术将开启新发现之门，”他强调，“本质上我们通过精密实验否定了前人的大胆主张。未来我们可以运用这种方法提出自己的创新理论。”

合作者包括多伦多大学的伊齐基尔·霍斯利、苏宾·金和杨俊基，他们负责样品制备与表征工作。

研究获得美国空军科学研究办公室、加拿大高等研究院、加拿大自然科学与工程研究委员会、加拿大创新基金会及安大略研究基金的资助。